專利名稱：一種貝氏體耐磨鑄鋼襯板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種貝氏體耐磨鑄鋼襯板及其制造方法，屬于金屬材料及其制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
球磨機(jī)廣泛應(yīng)用于礦山、冶金、建材、電力、化工等領(lǐng)域，球磨機(jī)內(nèi)的襯板作為主要磨損件，消耗量巨大。目前我國(guó)大量使用的球磨機(jī)襯板仍然是傳統(tǒng)的高錳鋼襯板，由于在使用過(guò)程中受到的沖擊力較小，難以獲得理想的加工硬化效果，因而耐磨性差，同時(shí)由于高錳鋼塑變抗力低，襯板在使用過(guò)程中表面會(huì)產(chǎn)生塑性變形，使襯板之間發(fā)生咬合，甚至整體變形。其它材質(zhì)如高鉻鑄鐵襯板，盡管初始硬度高，但沖擊韌性差，易斷裂；另外還有一類為合金鋼襯板，特別是貝氏體基型的鑄鋼，由于其具有優(yōu)異的綜合性能而成為抗磨料磨損較為理想的材質(zhì)，適用于耐磨、耐沖擊、高強(qiáng)度、高韌性和耐疲勞等場(chǎng)合。
目前獲得具有貝氏體復(fù)相組織的鑄鋼主要有以下方式(1)采用等溫淬火工藝獲得，作為耐磨材料使用的等溫淬火貝氏體鋼的化學(xué)成分是C0.5～1.2％(屬于中碳、中高碳范圍)，Si2.0～2.6％，Mo0.5％，適量的Mn、Ni，如專利US142326，JP79436，OE2817628，JP7052832都是這一類鋼。其組織形成的機(jī)理與等溫淬火奧氏體-貝氏體球墨鑄鐵相似，即先將工件奧氏體化后急冷至中溫區(qū)等溫獲得一定量的貝氏體，之后再淬火到馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)(MS點(diǎn))以下的溫度，以完成馬氏體轉(zhuǎn)變。在此方法中，在奧氏體化后的冷卻階段，可以將工件淬入不同的冷卻介質(zhì)(鹽水或油)中，通過(guò)控制不同的冷卻速度，使工件迅速冷卻到中溫轉(zhuǎn)變區(qū)，隨后在中溫轉(zhuǎn)變區(qū)進(jìn)行保溫，以完成大部分貝氏體轉(zhuǎn)變，從而獲得一定量的貝氏體，隨后再急冷到馬氏體轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下，獲得貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。但是等溫淬火工藝存在工藝復(fù)雜、工序長(zhǎng)、耗能大、淬火介質(zhì)易污染環(huán)境，還需加入一定的Mn、Mo、Ni合金元素來(lái)提高淬透性，使得貝氏體耐磨鑄鋼生產(chǎn)成本高，質(zhì)量不穩(wěn)定。(2)通過(guò)合金化在空冷或鑄態(tài)條件下獲得貝氏體鑄鋼，即通過(guò)加入一定量的合金元素如Mo、Mn、B等，改變鋼的C曲線形狀，推遲其高溫轉(zhuǎn)變，以適宜的冷卻速度使過(guò)冷奧氏體連續(xù)通過(guò)貝氏體轉(zhuǎn)變的中溫區(qū)，從而在空冷條件下獲得貝氏體/馬氏體復(fù)相組織。這種工藝和傳統(tǒng)獲得貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的等溫淬火工藝相比，具有節(jié)約能源、縮短生產(chǎn)周期、減少污染等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)存在大斷面淬透性不足，尤其是合金元素加入后易形成碳化物或氧化物，使鋼的冶煉控制難度加大，而且會(huì)導(dǎo)致材料成分上升等缺點(diǎn)。
可以看出，現(xiàn)有貝氏體合金鋼襯板盡管耐磨性能優(yōu)異，但仍然存在著生產(chǎn)工藝復(fù)雜、周期長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定等不足，因而制約著其大規(guī)模的推廣和應(yīng)用，難以滿足生產(chǎn)和市場(chǎng)需要。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有合金鋼襯板存在的工藝復(fù)雜、工序長(zhǎng)、耗能大、淬火介質(zhì)易污染環(huán)境、生產(chǎn)成本高、質(zhì)量不穩(wěn)定等不足，本發(fā)明提供一種新型的具有貝氏體復(fù)相組織的耐磨鑄鋼襯板及其制造方法。
本發(fā)明通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種貝氏體耐磨鑄鋼襯板，其特征在于襯板的成分質(zhì)量比(wt.％)為C0.45～0.55％；Si1.6～2.0％；Mn2.8～3.3％；P≤0.06％；S≤0.04％；余量為Fe。
所述貝氏體耐磨鑄鋼襯板經(jīng)過(guò)下列工藝步驟制得(1)將按化學(xué)成分進(jìn)行配料計(jì)算后的原料放入中頻感應(yīng)電爐中熔煉，電爐用酸性爐襯，并用石英砂作造渣劑，出爐前5～8分鐘加入Si、Mn合金元素，控制鋼水出爐溫度在1480℃～1530℃，終脫氧為鋁線澆包內(nèi)脫氧；(2)將(1)步驟的鋼水澆鑄成型；(3)將澆鑄成型的鑄鋼襯板進(jìn)行下列熱處理
a、將襯板加熱到奧氏體區(qū)，加熱溫度控制在860～880℃，保溫1～2h；b、將霧化水連續(xù)噴淋在襯板上進(jìn)行冷卻，并控制水流的壓力為0.1～0.16MPa，直到襯板溫度達(dá)到260～350℃后，停止噴淋；c、將噴淋冷卻后的襯板堆積在封閉的容器中，利用襯板的余熱保溫2～3h；d、將襯板從容器中取出，空冷至室溫，即得具有貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的鑄鋼襯板；(4)將熱處理后的襯板低溫回火，溫度220℃，保溫1～2h。
所述步驟(2)中的鋼水澆鑄成型采用真空實(shí)型鑄造，具體是先將襯板模樣粘結(jié)成串，然后涂掛上1～2mm的石英砂膨潤(rùn)土膏狀涂料，在50～60℃的溫度下烘烤2～4h；造型時(shí)，先將砂箱放在振動(dòng)臺(tái)上，填入底砂，振動(dòng)30～40s后，刮平底砂，放入有涂料的模樣串，再?gòu)纳跋涞倪吔翘幪钌?，填滿砂后振動(dòng)60～90s，刮平砂表面，用塑料薄膜覆蓋在砂箱表面，并置入澆口杯，然后抽真空。在真空度達(dá)到0.52～0.58MPa時(shí)，采用立澆方式進(jìn)行澆注，澆注時(shí)間10～15s，澆注后繼續(xù)抽真空15～20min，抽真空完畢后，靜置30～40min，即可開箱。
所述步驟(3)中b過(guò)程的霧化水通過(guò)霧化噴淋裝置得到，霧化噴淋裝置由其上帶噴頭組的管組，連接管組的其上裝有流量計(jì)、壓力計(jì)的供水管，連接供水管的水泵構(gòu)成。
與傳統(tǒng)的貝氏體合金鋼襯板相比，由于本發(fā)明將特定化學(xué)成分的鑄鋼進(jìn)行特定的控制冷卻熱處理，該工藝在熱處理過(guò)程中能夠改變淬火介質(zhì)的冷卻特性，提高其冷卻能力，在一定程度上提高了鑄鋼的淬透性能，并可以細(xì)化晶粒，因此在鑄鋼中僅加入Si和Mn元素，而無(wú)需加入其它貴重合金元素即可獲得貝氏體復(fù)相組織，不僅能節(jié)約大量的能源和昂貴的合金元素，大大降低生產(chǎn)成本，減少熱處理過(guò)程中的環(huán)境污染，而且還能有效提高襯板質(zhì)量，改善襯板性能。另外采用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單易行。本發(fā)明還可以應(yīng)用于其它鋼鐵材料耐磨件的制造。


圖1貝氏體鑄鋼襯板的控制冷卻熱處理工藝曲線圖。
圖2貝氏體鑄鋼襯板顯微組織的掃描電鏡形貌圖。
圖3貝氏體鑄鋼襯板顯微組織的透射電鏡形貌圖。
圖4為霧化噴淋裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4中，1為噴頭組，2為管組，3為供水管，與水泵相連，4為壓力計(jì)，5為流量計(jì)。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明中鑄鋼襯板的成分質(zhì)量比(wt.％)為C0.45～0.55％；Si1.6～2.0％；Mn2.8～3.3％；P≤0.06％；S≤0.04％；余量為Fe。
將按下表所列實(shí)施例1-4的化學(xué)成分進(jìn)行配料計(jì)算后的原料放入中頻感應(yīng)電爐中熔煉，電爐用酸性爐襯，并用石英砂作造渣劑，出爐前5分鐘加入Si、Mn合金元素，控制鋼水出爐溫度在1530℃，終脫氧為鋁線澆包內(nèi)脫氧

(1)、將熔煉的鋼水按下列方法澆鑄成型采用真空實(shí)型鑄造(EPC)。具體是先將襯板模樣粘結(jié)成串，然后涂掛上1mm厚的石英砂膨潤(rùn)土膏狀涂料，在60℃的溫度下烘烤4h；造型時(shí)，先將砂箱放在振動(dòng)臺(tái)上，填入底砂，振動(dòng)30s后，刮平底砂，放入有涂料的模樣串，再?gòu)纳跋涞倪吔翘幪钌?，填滿砂后振動(dòng)60s，刮平砂表面，用塑料薄膜覆蓋在砂箱表面，并置入澆口杯，然后抽真空。在真空度達(dá)到0.58MPa時(shí)，采用立澆方式進(jìn)行澆注，澆注時(shí)間10s，澆注后繼續(xù)抽真空15min，抽真空完畢后，靜置30min，即可開箱；(2)將澆鑄成型的鑄鋼襯板進(jìn)行下列熱處理a、將襯板加熱到奧氏體區(qū)，選擇溫度為860℃，保溫2h；b、將水進(jìn)行霧化，然后連續(xù)噴淋在襯板上進(jìn)行冷卻，并控制水流的壓力為0.1MPa，直到襯板溫度低于350℃后，停止噴淋；c、將噴淋冷卻后的襯板堆積在封閉的容器中，利用襯板的余熱進(jìn)行保溫3h；d、將襯板從容器中取出，空冷至室溫，即得具有貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的鑄鋼襯板；(3)將熱處理后的襯板低溫回火，溫度220℃，保溫2h。
上述實(shí)施例中澆鑄出的襯板成形良好，表面光潔，內(nèi)部致密。接著主要考察了經(jīng)控制冷卻熱處理后貝氏體鑄鋼襯板的組織和性能(包括襯板的硬度、沖擊韌性、沖擊磨料磨損性能)以及工業(yè)化應(yīng)用結(jié)果。
從控制冷卻熱處理后的鑄鋼襯板上取樣分析了其顯微組織，根據(jù)圖2結(jié)合X射線衍射分析可以得出結(jié)論所選成分的鑄鋼襯板經(jīng)過(guò)控制冷卻熱處理后獲得的組織主要為典型下貝氏體及少量馬氏體和殘余奧氏體。從圖3鑄鋼襯板的TEM形貌結(jié)合選取衍射結(jié)果可知，襯板中的貝氏體鐵素體條(圖中白色板條)之間基本平行，無(wú)位向差，在其中有密集的位錯(cuò)線和定向排列的碳化物，屬典型的下貝氏體形態(tài)。
通過(guò)進(jìn)一步的分析檢測(cè)，本發(fā)明所制備襯板的力學(xué)性能如下

可以看出，所制備貝氏體鑄鋼襯板的硬度值在HRC53～55，沖擊韌性αk值在22～27J/cm2，具有良好的強(qiáng)韌性配合和綜合力學(xué)性能。沖擊磨料磨損試驗(yàn)結(jié)果表明所研制的控制冷卻貝氏體/馬氏體復(fù)相鑄鋼襯板試樣在低沖擊功時(shí)，磨損性能與油淬馬氏體和等溫淬火貝氏體/馬氏體試樣基本相當(dāng)，是高錳鋼試樣的1.8～1.9倍；而在高沖擊功時(shí)，控制冷卻貝氏體/馬氏體復(fù)相組織試樣耐磨性要強(qiáng)于油淬馬氏體、等溫淬火貝氏體/馬氏體和高錳鋼試樣，耐磨性是高錳鋼試樣的1.3～1.5倍。
采用本發(fā)明生產(chǎn)的貝氏體鑄鋼襯板在云南土官水泥廠、富民水泥廠等水泥生產(chǎn)廠家工業(yè)應(yīng)用結(jié)果表明，其使用壽命在Φ1.8×7m球磨機(jī)中可達(dá)2.5～3年，為原使用高錳鋼襯板的2倍以上；在銅選廠，生產(chǎn)的襯板在的Φ1.5×3m的球磨機(jī)上，使用壽命在1.5年，而原高錳鋼襯板只有9個(gè)月左右；在鐵礦，生產(chǎn)的條形襯板在Φ3.6×4m的球磨機(jī)上使用壽命為原高錳鋼襯板壽命的1.4倍。以上可見，所研制的控制冷卻貝氏體鑄鋼襯板在金屬礦山、水泥磨機(jī)上使用，其壽命是原高錳鋼襯板的1.5～2.0倍。
權(quán)利要求
1.一種貝氏體耐磨鑄鋼襯板，其特征在于襯板的成分質(zhì)量比(wt.％)為C0.45～0.55％；Si1.6～2.0％；Mn2.8～3.3％；P≤0.06％；S≤0.04％；余量為Fe。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的貝氏體耐磨鑄鋼襯板的制造方法，其特征在于經(jīng)過(guò)下列工藝步驟制得(1)將按化學(xué)成分進(jìn)行配料計(jì)算后的原料放入中頻感應(yīng)電爐中熔煉，電爐用酸性爐襯，并用石英砂作造渣劑，出爐前5～8分鐘加入Si、Mn合金元素，控制鋼水出爐溫度在1480℃～1530℃，終脫氧為鋁線澆包內(nèi)脫氧；(2)將(1)步驟的鋼水澆鑄成型；(3)將澆鑄成型的鑄鋼襯板進(jìn)行下列熱處理a、將襯板加熱到奧氏體區(qū)，加熱溫度控制在860～880℃，保溫1～2h；b、將霧化水連續(xù)噴淋在襯板上進(jìn)行冷卻，并控制水流的壓力為0.1～0.16MPa，直到襯板溫度達(dá)到260～350℃后，停止噴淋；c、將噴淋冷卻后的襯板堆積在封閉的容器中，利用襯板的余熱進(jìn)行保溫2～3h；d、將襯板從容器中取出，空冷至室溫，即得具有貝氏體/馬氏體復(fù)相組織的鑄鋼襯板；(4)將熱處理后的襯板低溫回火，溫度220℃，保溫1～2h。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貝氏體耐磨鑄鋼襯板的制造方法，其特征在于所述步驟(2)的鋼水澆鑄成型采用真空實(shí)型鑄造，具體是先將襯板模樣粘結(jié)成串，然后涂掛上1～2mm的石英砂膨潤(rùn)土膏狀涂料，在50～60℃的溫度下烘烤2～4h；造型時(shí)，先將砂箱放在振動(dòng)臺(tái)上，填入底砂，振動(dòng)30～40s后，刮平底砂，放入有涂料的模樣串，再?gòu)纳跋涞倪吔翘幪钌埃顫M砂后振動(dòng)60～90s，刮平砂表面，用塑料薄膜覆蓋在砂箱表面，并置入澆口杯，然后抽真空。在真空度達(dá)到0.52～0.58MPa時(shí)，采用立澆方式進(jìn)行澆注，澆注時(shí)間10～15s，澆注后繼續(xù)抽真空15～20min，抽真空完畢后，靜置30～40min，即可開箱。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的貝氏體耐磨鑄鋼襯板的制造方法，其特征在于所述步驟(3)中b過(guò)程的霧化水通過(guò)霧化噴淋裝置得到，霧化噴淋裝置由其上帶噴頭組的管組，連接管組的其上裝有流量計(jì)、壓力計(jì)的供水管，連接供水管的水泵構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種貝氏體耐磨鑄鋼襯板及其制造方法。該鑄鋼襯板的成分質(zhì)量比(wt.％)為C0.45～0.55％；Si1.6～2.0％；Mn2.8～3.3％；P≤0.06％；S≤0.04％；余為Fe。其制造方法是利用中頻感應(yīng)電爐熔煉結(jié)合真空實(shí)型鑄造工藝制備出鑄鋼襯板；然后采用控制冷卻熱處理工藝對(duì)襯板進(jìn)行熱處理以獲得貝氏體復(fù)相組織；最后進(jìn)行低溫回火。所制備的襯板組織主要為針狀貝氏體及少量馬氏體和殘余奧氏體，襯板的硬度值在HRC53～55，沖擊韌性α
文檔編號(hào)C21C7/06GK101045972SQ20071006583
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者周榮, 蔣業(yè)華, 黎振華, 周榮鋒, 盧德宏, 張玉勤 申請(qǐng)人:昆明理工大學(xué)